JP2006270128A - Method of detecting sample defect - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection method, which after forming a plated layer on a sample, is capable of immediately detecting defects thereof. <P>SOLUTION: The detection method is a defect detection method for detecting defects of the sample, where a upper-plated layer (60) is formed on an SiO<SB>2</SB>layer (62) provided with trench portions. This method is such that an electron beam (63), emitted from an electron gun, is narrowed down to be made to pass through the SiO<SB>2</SB>layer of the sample, and the electron beam is made incident on the copper plated layer at the bottom of the trench portions in the SiO<SB>2</SB>layer to be scanned. Secondary electrons (64 and 68), emitted from the scanning points, are detected, and the defects of the sample are detected. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子線装置及びその電子線装置を用いた欠陥検出方法に関し、詳しくは、例えば銅メッキ等の膜が形成された試料の膜内部に存在するボイド等の欠陥を検出する方法に関する。   The present invention relates to an electron beam apparatus and a defect detection method using the electron beam apparatus, and more particularly to a method for detecting defects such as voids present in a film of a sample on which a film such as copper plating is formed.

銅メッキ等の膜が形成された試料(例えばウェハ等)については当該銅メッキ層の内部にボイド等の欠陥が生じる場合がある。従来では、このようなメッキ層内部の欠陥は、メッキ後直ちに検出することが不可能であり、配線を終了した後電位コントラスト測定等を行うことにより検出されていた。また、CMP装置で研磨した後の試料表面の検査は光学顕微鏡を使用して行っていた。
一方、電子銃が空間電荷制限領域で動作している場合には、カソード電流に存在するショット雑音はショット雑音低減係数(Γ)倍になることが知られている。更に、電子銃が熱電子放出カソードを有する電子銃である場合には、電子銃の輝度にはラングミュアの限界値という理論値があり、その値を大きく越えることはできないと考えられていた。
For a sample (for example, a wafer) on which a film such as copper plating is formed, a defect such as a void may occur inside the copper plating layer. Conventionally, such defects inside the plated layer cannot be detected immediately after plating, and have been detected by performing potential contrast measurement after the wiring is completed. Moreover, the inspection of the sample surface after polishing with a CMP apparatus has been performed using an optical microscope.
On the other hand, when the electron gun is operating in the space charge limited region, it is known that the shot noise existing in the cathode current is multiplied by the shot noise reduction coefficient (Γ). Further, when the electron gun is an electron gun having a thermionic emission cathode, the brightness of the electron gun has a theoretical value called a Langmuir limit value, and it has been considered that this value cannot be greatly exceeded.

上記のように、従来では、メッキ層内部の欠陥はメッキ後直ちに検出することが不可能でCMP装置により研磨した後でしか検出できず、メッキ層の形成後何工程かのプロセス経過後、欠陥が検出されていた。そのため、原因究明や迅速な対応策を直ちに採ることが不可能であった。また、CMP装置により研磨した後の試料表面を光学顕微鏡で検査する場合には、0.3μm以下の大きさの欠陥は発見することが困難であった。
更に、電子銃を空間電荷制限領域で動作させることによりカソード電流に存在するショット雑音を小さくしても、試料電流に存在するショット雑音は小さくなるものであるかどうかについては不明であった。また、電子銃が熱電子放出カソードを有する電子銃である場合、電子銃の輝度にはラングミュアの限界値があるため、シュミレーションでは高い輝度を確保できる結果が得られても、実際にそのような高い輝度が実現できるとは何人も考えてはいなかった。
本発明は従来の上記のような課題に鑑みてなされたものであり、解決しようとする一つの課題は、試料にメッキ層を形成した後直ちにその欠陥を検出することができる方法を提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、試料の欠陥を高速で検出する方法を提供することである。
As described above, conventionally, defects inside the plating layer cannot be detected immediately after plating, but can only be detected after polishing by a CMP apparatus. Has been detected. Therefore, it was impossible to immediately investigate the cause and take prompt measures. Further, when the sample surface after being polished by the CMP apparatus is inspected by an optical microscope, it is difficult to find a defect having a size of 0.3 μm or less.
Furthermore, it is unclear whether the shot noise existing in the sample current can be reduced even if the shot noise existing in the cathode current is reduced by operating the electron gun in the space charge limited region. Further, when the electron gun is an electron gun having a thermionic emission cathode, there is a Langmuir limit value for the brightness of the electron gun. No one thought that high brightness could be achieved.
The present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and one problem to be solved is to provide a method capable of detecting defects immediately after forming a plating layer on a sample. It is.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for detecting defects in a sample at high speed.

上記課題は以下の手段により解決される。即ち、本願の発明の一つは、溝部を設けたSiO層上に銅メッキ層が形成された試料の欠陥を検出する欠陥検出方法であって、電子銃から放出された電子線を細く絞り、試料のSiO層を通過させ、前記SiO層の溝部の底部の銅メッキ層に電子線を入射させて走査し、前記走査点から放出された二次電子を検出して試料の欠陥を検出するようにしている。
本願発明の一つの実施形態において、偏向器によって前記電子線を偏向させることにより前記走査を行うようにしている。
本願発明の別の実施形態において、前記偏向器による走査のクロック周波数は100MHz以上である。
The above problem is solved by the following means. That is, one of the inventions of the present application is a defect detection method for detecting defects in a sample in which a copper plating layer is formed on a SiO 2 layer provided with a groove, and the electron beam emitted from an electron gun is narrowed down. The sample passes through the SiO 2 layer of the sample, scans with the electron beam incident on the copper plating layer at the bottom of the groove of the SiO 2 layer, detects secondary electrons emitted from the scanning point, and detects defects in the sample. I try to detect it.
In one embodiment of the present invention, the scanning is performed by deflecting the electron beam by a deflector.
In another embodiment of the present invention, the clock frequency of scanning by the deflector is 100 MHz or more.

試料にメッキ層を形成した後直ちにその欠陥を検出することができる電子線装置及び検出方法について図面を参照して説明する。
図1において、電子線装置1が模式的に示されている。この電子線装置1は、電子銃から放出された電子線を細く絞り、細く絞られた電子ビームを検査されるべき試料(例えば銅メッキの膜が形成されたウェハ等)Wの表面上に照射する光学系(以下、単に光学系と呼ぶ)10と、ウェハWから放出された反射電子又は二次電子を検出する検出系と、ウェハWを保持する試料台40とを備えている。
光学系10は、空間電荷制限条件で電子線を放出する電子銃11と、電子線を軸合わせする偏向器12,13と,電子線を集束するレンズ14と,NA開口15と、偏向器16及び17と,対物レンズ18とを備え、それらは、図1に示すように、ウェハWの表面に垂直な方向に光軸Aに沿って、電子銃11を最上部にして順に配置されている。電子銃11は、熱電子放出型のカソード(LaBカソード)111、ウェーネルト112及びアノード113を有している。カソード111はその先端が曲率半径30μmの球の一部の形状をした円錐形状で形成され、この円錐形状のコーン角度は90度である。また、電子銃11は空間電荷制限条件で動作されており、カソードから放出される電流はショット雑音がΓ(但し、Γ<1)倍に低減されている。従ってカソード電流の1/100ないし1/10000程度の電子ビーム電流しか得られない場合でも、ショット雑音がΓ倍に減少することができる。また、熱電子放出電子銃(LaB電子銃)で、電界放出型(FE)電子銃や熱電界放出型(TFE)電子銃やショットキー電子銃並の輝度を有することができ、カソード電流980μAで7.5×10A/cmsrの輝度が20kvで得られる。
検出系は、試料Wから放出された反射電子を検出する反射電子検出器31と、試料Wから放出された二次電子を検出する二次電子検出器32とを備えている。
試料台40は、ウェハを固定する静電チャック41を有しており、この静電チャック41には中央部と周辺部の2箇所に分割された電極が設けられており、その上にウェハWが平坦に固定される。上に凸に反ったウェハであっても平坦にチャックすることができる。また、静電チャックはXYステージに固定されており、このXYステージは、X方向の位置を測定するマグネスケール42とセンサー43、及びY方向の位置を測定するセンサー44を備えている。XYステージは、更に、試料を一つの軸方向に連続的に移動させかつ他の軸方向にはステップ移動させる。
An electron beam apparatus and a detection method capable of detecting defects immediately after forming a plating layer on a sample will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, an electron beam apparatus 1 is schematically shown. This electron beam apparatus 1 narrows down an electron beam emitted from an electron gun and irradiates the surface of a sample W (for example, a wafer on which a copper plating film is formed) W to be inspected with a finely focused electron beam. An optical system (hereinafter simply referred to as an optical system) 10, a detection system for detecting reflected electrons or secondary electrons emitted from the wafer W, and a sample stage 40 for holding the wafer W.
The optical system 10 includes an electron gun 11 that emits an electron beam under space charge limiting conditions, deflectors 12 and 13 that align the electron beam, a lens 14 that focuses the electron beam, an NA aperture 15, and a deflector 16. 1 and 17 and an objective lens 18, which are arranged in order along the optical axis A in the direction perpendicular to the surface of the wafer W with the electron gun 11 at the top, as shown in FIG. . The electron gun 11 has a thermionic emission type cathode (LaB 6 cathode) 111, Wehnelt 112 and anode 113. The cathode 111 is formed in a conical shape whose tip is a part of a sphere having a curvature radius of 30 μm, and the cone angle of this conical shape is 90 degrees. The electron gun 11 is operated under a space charge limited condition, and the shot noise of the current emitted from the cathode is reduced by Γ (where Γ <1) times. Therefore, even when only an electron beam current of about 1/100 to 1/10000 of the cathode current can be obtained, the shot noise can be reduced by a factor of Γ. Further, the thermionic emission electron gun (LaB 6 electron gun) can have the same luminance as a field emission (FE) electron gun, a thermal field emission (TFE) electron gun, or a Schottky electron gun, and has a cathode current of 980 μA. A luminance of 7.5 × 10 8 A / cm 2 sr is obtained at 20 kv.
The detection system includes a reflected electron detector 31 that detects reflected electrons emitted from the sample W, and a secondary electron detector 32 that detects secondary electrons emitted from the sample W.
The sample stage 40 has an electrostatic chuck 41 for fixing a wafer. The electrostatic chuck 41 is provided with electrodes divided into two portions, a central portion and a peripheral portion, on which a wafer W is mounted. Is fixed flat. Even a wafer that is warped upward can be chucked flat. The electrostatic chuck is fixed to an XY stage. The XY stage includes a magnescale 42 and a sensor 43 that measure a position in the X direction, and a sensor 44 that measures a position in the Y direction. The XY stage further moves the sample continuously in one axial direction and steps in the other axial direction.

上記構成の電子線装置1において、電子銃11から放出された電子線は、カソード11の背後に虚のクロスオーバを作る。この場合、クロスオーバを虚のクロスオーバとすることにより、ラングミュアの限界値を遙かに越える超高輝度を比較的広い範囲で達成できる。超高輝度が得られる電子銃電流が流れるように、ウェネルト112に与える電圧を決定する。当該クロスオーバは、軸合わせ用の偏向器12及び13、並びにNA開口15を通過し、レンズ14と対物レンズ18で集束されてビーム状に細く絞られ、ウェハWに収束され、試料上に縮小像を形成する。偏向器16及び17で電子ビームを偏向することにより、ウェハWを走査することができる。この場合走査のクロック周波数は100MHz以上で行うことができる。
ウェハWから放出された二次電子は、対物レンズの下に設けられた検出器32の電場により光軸Aから分離されて符号Bで示された軌道を通り、二次電子検出器32に入射して検出される。
In the electron beam apparatus 1 configured as described above, the electron beam emitted from the electron gun 11 creates an imaginary crossover behind the cathode 11. In this case, by setting the crossover to an imaginary crossover, it is possible to achieve ultra-high luminance far exceeding the limit value of Langmuir in a relatively wide range. A voltage to be applied to the Wehnelt 112 is determined so that an electron gun current capable of obtaining ultra-high brightness flows. The crossover passes through the deflectors 12 and 13 for axial alignment and the NA aperture 15, is focused by the lens 14 and the objective lens 18, is narrowed into a beam shape, is converged on the wafer W, and is reduced on the sample. Form an image. The wafer W can be scanned by deflecting the electron beam by the deflectors 16 and 17. In this case, the scanning clock frequency can be 100 MHz or more.
The secondary electrons emitted from the wafer W are separated from the optical axis A by the electric field of the detector 32 provided under the objective lens, and enter the secondary electron detector 32 through the trajectory indicated by B. Is detected.

図2は上記電子線装置により得られた、試料としてのウェハの二次電子信号波形を示しており、図2(a)はウェハの断面の一部を示し、図2(b)はその断面の位置に対応する二次電子信号波形を示す。図2(a)において符号60は銅メッキ層であり、61は銅メッキ層内部に形成されたボイド等の欠陥であり、62はSiOの層である。電子ビーム63の入射に対して欠陥が無い位置では、反射電子64の信号波形が符号65及び67(図2(b))で示されているように大きく、一方、欠陥が存在する位置では、反射電子64の信号波形が符号66(図2(b))で示されているように小さい。反射電子64が表面に出てくるためには、入射される電子ビーム63のエネルギーが欠陥のある場所まで進入して、そこで後方散乱されその電子が表面まで出てくる必要がある。従って、電子ビームの飛程(レンジ)は銅メッキの層若しくは膜の厚さの2倍は必要であり、多少の余裕を考慮して2.5倍の飛程であればよい。一方、二次電子68は、反射電子が表面に出る直前に作られたものが表面に出て検出される。本実施形態では銅メッキ層の厚みを1μmとしたため、電子ビームのエネルギーは30kevとした。
図3は、銅メッキ層の溝の深部に存在するボイドを検出する場合に特に有効な実施の形態を示す。図3(a)はウェハの断面の一部を示し、図3(b)はその断面の位置に対応する二次電子信号波形を示す。この実施形態では、電子ビーム63をウェハの表面に対して垂直でなく角度を持たせた方向から入射させ、SiOの層62を通過させることにより、エネルギーロスを少なくして電子ビームが銅メッキ層の底部に到達するようにしている。この実施形態の場合、ボイド61が存在する位置では、反射電子64の信号波形が符号66(図3(b))で示されているように、ボイドが無い位置での信号波形65,67と比べて大きく歪んでいる。
FIG. 2 shows the secondary electron signal waveform of the wafer as a sample obtained by the electron beam apparatus, FIG. 2 (a) shows a part of the cross section of the wafer, and FIG. 2 (b) shows the cross section. The secondary electron signal waveform corresponding to the position of is shown. In FIG. 2A, reference numeral 60 is a copper plating layer, 61 is a defect such as a void formed in the copper plating layer, and 62 is a SiO 2 layer. At the position where there is no defect with respect to the incidence of the electron beam 63, the signal waveform of the reflected electrons 64 is large as indicated by reference numerals 65 and 67 (FIG. 2B), while at the position where the defect exists, The signal waveform of the reflected electrons 64 is small as indicated by reference numeral 66 (FIG. 2B). In order for the reflected electrons 64 to emerge from the surface, it is necessary that the energy of the incident electron beam 63 enters a place where there is a defect, where it is backscattered and the electrons exit to the surface. Accordingly, the range (range) of the electron beam needs to be twice the thickness of the copper plating layer or film, and may be 2.5 times the range in consideration of some margin. On the other hand, secondary electrons 68 that are created immediately before the reflected electrons are emitted to the surface are detected by being emitted to the surface. In the present embodiment, since the thickness of the copper plating layer is 1 μm, the energy of the electron beam is 30 kev.
FIG. 3 shows an embodiment which is particularly effective when detecting voids existing in the deep part of the groove of the copper plating layer. 3A shows a part of the cross section of the wafer, and FIG. 3B shows a secondary electron signal waveform corresponding to the position of the cross section. In this embodiment, the electron beam 63 is incident from an angled direction rather than perpendicular to the surface of the wafer and passes through the SiO 2 layer 62, thereby reducing the energy loss and allowing the electron beam to be plated with copper. Try to reach the bottom of the layer. In the case of this embodiment, at the position where the void 61 is present, the signal waveform of the reflected electrons 64 is indicated by reference numeral 66 (FIG. 3B), and the signal waveforms 65 and 67 at the position where there is no void, It is greatly distorted.

次に、図4を参照して、CMP装置で研磨されたウェハ等の試料表面の欠陥を検査する電子線装置について説明する。
まず、試料に流れるビーム電流が非常に小さい場合に、カソードから放出された電子線のショット雑音が分配雑音でどのようになるかを検討する。カソードは空間電荷制限条件で動作するものとする。
カソードから放出された電子線でのショット雑音は、

Figure 2006270128
ここで、Io:カソード電流、e:電荷、Γ:空間電荷制限条件によるショット雑音低減係数、Δf:増幅器の帯域幅、をそれぞれ意味する。
試料に流れるビーム電流をIとすると、Iはカソード電流Ioより十分小さいので、分配雑音が加わる。即ち、試料でのショット雑音は、
Figure 2006270128
従って、試料電流に流れるショット雑音もΓ倍(Γ<1)に低減されることが明らかとなった。 Next, an electron beam apparatus for inspecting defects on the surface of a sample such as a wafer polished by a CMP apparatus will be described with reference to FIG.
First, it will be examined how the shot noise of the electron beam emitted from the cathode becomes distribution noise when the beam current flowing through the sample is very small. The cathode shall operate under space charge limited conditions.
Shot noise in the electron beam emitted from the cathode is
Figure 2006270128
Here, Io: cathode current, e: charge, Γ: shot noise reduction coefficient due to space charge limiting conditions, and Δf: amplifier bandwidth, respectively.
When the beam current flowing through the sample and I P, since I P is sufficiently smaller than the cathode current Io, partition noise is added. That is, shot noise at the sample is
Figure 2006270128
Therefore, it has been clarified that the shot noise flowing in the sample current is also reduced by Γ times (Γ <1).

図4には、CMP装置で研磨されたウェハ等の試料表面の欠陥を検査する電子線装置1’が模式的に示されている。この電子線装置1’は、電子銃から放出された電子線を細く絞り、細く絞られた電子ビームを検査されるべき試料(例えばCMP装置で研磨されたウェハ等の試料)Wの表面上に照射する光学系(以下、単に光学系と呼ぶ)10’と、ウェハWから放出された二次電子を検出する検出系30’と、ウェハWを保持する試料台40’とを備えている。
光学系10’は、空間電荷制限条件で電子線を放出する図1の実施形態と同様の電子銃11と、電子線を軸合わせする偏向器12’及び13’と,電子線を集束するレンズ14’と,NA開口15’と、偏向器16’及び17’と,電磁偏向器17’’と、対物レンズ18’とを備え、それらは、図4に示すように、ウェハWの表面に垂直な方向に光軸A’に沿って、電子銃11を最上部にして順に配置されている。電子銃11は、図1の実施形態と同様に熱電子放出型のカソード111、ウェーネルト112及びアノード113を有している。電子銃11のウェーネルト112のバイアスをある程度深くすることにより、電子銃11は空間電荷制限条件で動作することができ、カソードから放出される電流はショット雑音がΓ(但し、Γ<1)倍に低減されている。また、7×10A/cmsrの輝度が4.5kvで得られ、ラングミュアの限界値4.2×10A/cmsrより2桁以上大きい輝度が得られる。NA開口15’は、ここから後方散乱された電子がカソード近傍のバーチャルカソードに戻る量を少なくするべく、レンズ14’の試料側に設けられている。
検出系は、試料Wから放出された二次電子を検出する二次電子検出器31’を有し、この二次電子検出器31’は偏向器16’よりも電子銃側に配置されている。
FIG. 4 schematically shows an electron beam apparatus 1 ′ for inspecting defects on the surface of a sample such as a wafer polished by a CMP apparatus. This electron beam apparatus 1 'narrows down the electron beam emitted from the electron gun, and on the surface of a sample W to be inspected (for example, a sample such as a wafer polished by a CMP apparatus) W. An irradiating optical system (hereinafter simply referred to as an optical system) 10 ′, a detection system 30 ′ for detecting secondary electrons emitted from the wafer W, and a sample stage 40 ′ for holding the wafer W are provided.
The optical system 10 ′ includes an electron gun 11 similar to the embodiment of FIG. 1 that emits an electron beam under space charge limiting conditions, deflectors 12 ′ and 13 ′ that align the electron beam, and a lens that focuses the electron beam. 14 ′, NA aperture 15 ′, deflectors 16 ′ and 17 ′, electromagnetic deflector 17 ″, and objective lens 18 ′, which are formed on the surface of wafer W as shown in FIG. They are arranged in order along the optical axis A ′ in the vertical direction with the electron gun 11 at the top. The electron gun 11 has a thermionic emission type cathode 111, a Wehnelt 112, and an anode 113 as in the embodiment of FIG. By increasing the bias of the Wehnelt 112 of the electron gun 11 to some extent, the electron gun 11 can operate under a space charge limited condition, and the current emitted from the cathode is shot noise is Γ (where Γ <1) times. Has been reduced. Further, a luminance of 7 × 10 6 A / cm 2 sr is obtained at 4.5 kv, and a luminance two or more orders of magnitude greater than the Langmuir limit value of 4.2 × 10 5 A / cm 2 sr is obtained. The NA aperture 15 'is provided on the sample side of the lens 14' so as to reduce the amount of backscattered electrons returning from here to the virtual cathode near the cathode.
The detection system includes a secondary electron detector 31 ′ that detects secondary electrons emitted from the sample W, and the secondary electron detector 31 ′ is disposed closer to the electron gun than the deflector 16 ′. .

試料台40’は、ウェハWを平坦に固定する静電チャック41’を有しており、この静電チャック41’には複数個(本実施形態では3個)の穴45(その内の一つのみを示す)が設けられている。これら穴には押し棒46が挿入されている。ウェハWを静電チャック41’からアンロードする場合には、3本の押し棒46でウェハを持ち上げ、アンロードアーム47をウェハの下に入れ、アンロードアーム47の上面に設けられた静電チャック48で固定することにより行う。押し棒46には弱いコイルバネ49を介して小さい静電チャック50が取り付けられており、ウェハWのロード・アンロードが安全に行われる。ロード・アンロードチャンバ51にはゲートバルブ52を介して予備室53が接続されている。アクチュエータ54がアンロードアーム47の駆動を行う。アンロードアーム47、静電チャック48及びアクチュエータ54で搬送装置を構成する。また、静電チャック41’はXYステージに固定されており、XYステージは、X方向のステージ位置を測定するレーザスケール55とセンサー56、及びY方向のステージ位置を測定するレーザスケール57を備えている。XYステージは、更に、試料を一つの軸方向に連続的に移動させかつ他の軸方向にはステップ移動させる。   The sample stage 40 ′ has an electrostatic chuck 41 ′ for fixing the wafer W flat. The electrostatic chuck 41 ′ has a plurality of (three in this embodiment) holes 45 (one of them). Only one is shown). Push rods 46 are inserted into these holes. When unloading the wafer W from the electrostatic chuck 41 ′, the wafer is lifted by the three push rods 46, the unload arm 47 is placed under the wafer, and the electrostatic provided on the upper surface of the unload arm 47 This is performed by fixing with the chuck 48. A small electrostatic chuck 50 is attached to the push rod 46 via a weak coil spring 49, so that the wafer W can be safely loaded and unloaded. A spare chamber 53 is connected to the load / unload chamber 51 via a gate valve 52. The actuator 54 drives the unload arm 47. The unload arm 47, the electrostatic chuck 48, and the actuator 54 constitute a transfer device. The electrostatic chuck 41 ′ is fixed to an XY stage, and the XY stage includes a laser scale 55 and a sensor 56 for measuring the stage position in the X direction, and a laser scale 57 for measuring the stage position in the Y direction. Yes. The XY stage further moves the sample continuously in one axial direction and steps in the other axial direction.

上記構成の電子線装置1’において、電子銃11は空間電荷制限領域内で作動するように調整される。従って、電子線が発生させるショット雑音を大幅に小さくすることができる。電子銃11から放出された電子線は、軸合わせ用の偏向器12’及び13’によりレンズ14’とNA開口15’を最適に通過するように調整される。電子線は更にレンズ14’と対物レンズ18とで集束されてポイント状に細く絞られ、ウェハWに合焦される。偏向器16’及び17’で電子ビームを偏向することによりウェハWを走査する。この場合、上記のように、7×10A/cmsr以上の高い輝度が得られ、ラングミュアの限界値4.2×10A/cmsrより10倍以上大きいので、100nmの電子ビーム径で100nA以上のビーム電流が得られる。従って、100MHzで走査させてもS/N比20が得られ、0.1μm以上の研磨面の傷等の欠陥を検出できる程の分解能が得られる。
ウェハWから放出された二次電子は、電磁偏向器17’’により光軸Aから分離されて符号B’で示された軌道を通り、二次電子検出器31’に入射して検出される。
In the electron beam apparatus 1 ′ having the above configuration, the electron gun 11 is adjusted so as to operate in the space charge limited region. Therefore, the shot noise generated by the electron beam can be greatly reduced. The electron beam emitted from the electron gun 11 is adjusted so as to optimally pass through the lens 14 ′ and the NA aperture 15 ′ by the deflectors 12 ′ and 13 ′ for axial alignment. The electron beam is further focused by the lens 14 ′ and the objective lens 18, narrowed into a point shape, and focused on the wafer W. The wafer W is scanned by deflecting the electron beam by the deflectors 16 ′ and 17 ′. In this case, as described above, a high luminance of 7 × 10 6 A / cm 2 sr or more is obtained, which is 10 times or more larger than the Langmuir limit value of 4.2 × 10 5 A / cm 2 sr. A beam current of 100 nA or more can be obtained with a beam diameter. Therefore, an S / N ratio of 20 is obtained even when scanning is performed at 100 MHz, and a resolution that can detect defects such as scratches on a polished surface of 0.1 μm or more is obtained.
The secondary electrons emitted from the wafer W are separated from the optical axis A by the electromagnetic deflector 17 ″, pass through the trajectory indicated by the symbol B ′, and enter the secondary electron detector 31 ′ to be detected. .

次に、図5及び図6を参照して上記電子線装置を用いた半導体デバイスの製造方法を説明する。
図5は半導体デバイスの製造方法の一実施例を示すフローチャートである。この実施例の工程は以下の主工程を含んでいる。
(1)ウェハを製造するウェハ製造工程(又はウェハを準備するウェハ準備工程)
(2)露光に使用するマスクを製造するマスクを製造するマスク製造工程(又はマスクを準備するマスク準備工程)
(3)ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工程
(4)ウェハ上に形成されたチップを一個づつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
(5)できたチップを検査するチップ検査工程
なお、上記のそれぞれの主工程は更に幾つかのサブ工程からなっている。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device using the electron beam apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a flowchart showing an embodiment of a semiconductor device manufacturing method. The process of this embodiment includes the following main processes.
(1) Wafer manufacturing process for manufacturing a wafer (or wafer preparation process for preparing a wafer)
(2) Mask manufacturing process for manufacturing a mask for manufacturing a mask used for exposure (or mask preparation process for preparing a mask)
(3) Wafer processing step for performing necessary processing on the wafer (4) Chip assembly step for cutting out the chips formed on the wafer one by one and making them operable (5) Chip inspection step for inspecting the completed chips Each of the above main processes is further composed of several sub-processes.

これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼすのが(3)のウェハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウェハ上に順次積層し、メモリーやMPUとして動作するチップを多数形成する。このウェハプロセッシング工程は以下の各工程を含んでいる。
(1)絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程(CVDやスパッタリング等を用いる)
(2)この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程
(3)薄膜層やウェハ基板を選択的に加工するためにマスク(レチクル)を用いてレジストパターンを形成するリソグラフィー工程
(4)レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程(例えばドライエッチング技術を用いる)
(5)イオン・不純物注入拡散工程
(6)レジスト剥離工程
(7)加工されたウェハを検査する工程
なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
Among these main processes, the wafer processing process (3) has a decisive influence on the performance of the semiconductor device. In this process, designed circuit patterns are sequentially stacked on a wafer to form a large number of chips that operate as memories and MPUs. This wafer processing step includes the following steps.
(1) A thin film forming process for forming a dielectric thin film to be an insulating layer, a wiring part, or a metal thin film for forming an electrode part (using CVD, sputtering, etc.)
(2) Oxidation step for oxidizing the thin film layer and wafer substrate (3) Lithography step for forming a resist pattern using a mask (reticle) to selectively process the thin film layer and wafer substrate (4) According to the resist pattern Etching process for processing thin film layers and substrates (for example, using dry etching technology)
(5) Ion / impurity implantation / diffusion process (6) Resist stripping process (7) Process for inspecting the processed wafer The wafer processing process is repeated for the required number of layers to manufacture a semiconductor device that operates as designed.

図6は、図5のウェハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャートである。リソグラフィー工程は以下の各工程を含む。
(1)前段の工程で回路パターンが形成されたウェハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程
(2)レジストを露光する工程
(3)露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程
(4)現像されたレジストパターンを安定化するためのアニール工程
上記の半導体デバイス製造工程、ウェハプロセッシング工程、及びリソグラフィー工程については、周知のものでありこれ以上の説明を要しないであろう。
上記(7)の検査工程に本発明に係る欠陥検査方法、欠陥検査装置を用いると、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、スループット良く検査できるので、全数検査が可能となり、製品の歩留まりの向上、欠陥製品の出荷防止が可能となる。
〔発明の効果〕
FIG. 6 is a flowchart showing a lithography process which is the core of the wafer processing process of FIG. The lithography process includes the following processes.
(1) Resist coating step for coating a resist on the wafer on which the circuit pattern is formed in the previous step (2) Step for exposing the resist (3) Development step for developing the exposed resist to obtain a resist pattern ( 4) Annealing process for stabilizing the developed resist pattern The semiconductor device manufacturing process, wafer processing process, and lithography process are well known and will not require further explanation.
When the defect inspection method and the defect inspection apparatus according to the present invention are used in the inspection process of (7) above, even a semiconductor device having a fine pattern can be inspected with high throughput, so that 100% inspection can be performed and the yield of products can be improved. It is possible to prevent shipment of defective products.
〔The invention's effect〕

上記電子線装置及び検出方法によれば、以下のような効果を奏する。
(1)LaBカソードを有する電子銃で7×10A/cmsr以上の高い輝度を得ることができ、ラングミュアの限界値4.2×10A/cmsrより10倍以上大きいので、100nmの電子ビーム径で100nA以上のビーム電流が得られる。従って、100MHzで走査させてもS/N比20が得られ、0.1μm以上の研磨面の傷等の欠陥を検出できるようになった。
(2)熱電子放出電子銃を空間電荷制限条件で使用しかつ0.2程度のショット雑音低減係数Γが得られるので、銅メッキ層に存在するボイド等の欠陥を検出するような信号のコントラストが小さい場合でも、また100MHzのような高い周波数で走査させても、十分なS/N比を得ることができるようになった。
(3)電子線を試料面と角度を持たせて入射させるため、銅の層を通る距離が少なく、SiOの層を通って銅メッキの深部に到達させることによりエネルギー損失を少なくして電子ビームが銅メッキ層の底部に到達するため、底部のボイドを検出し易くなる。
According to the electron beam apparatus and the detection method, the following effects can be obtained.
(1) An electron gun having a LaB 6 cathode can obtain a high luminance of 7 × 10 6 A / cm 2 sr or more, and is 10 times or more larger than the Langmuir limit value 4.2 × 10 5 A / cm 2 sr. Therefore, a beam current of 100 nA or more can be obtained with an electron beam diameter of 100 nm. Therefore, an S / N ratio of 20 was obtained even when scanning at 100 MHz, and defects such as scratches on the polished surface of 0.1 μm or more could be detected.
(2) Since a thermionic emission electron gun is used under space charge limiting conditions and a shot noise reduction coefficient Γ of about 0.2 is obtained, signal contrast that detects defects such as voids existing in the copper plating layer A sufficient S / N ratio can be obtained even when the frequency is small or when scanning is performed at a high frequency such as 100 MHz.
(3) Since the electron beam is incident at an angle with respect to the sample surface, the distance through the copper layer is small, and the energy loss is reduced by reaching the deep part of the copper plating through the SiO 2 layer. Since the beam reaches the bottom of the copper plating layer, it becomes easy to detect the void at the bottom.

試料にメッキ層を形成した後直ちにその欠陥を検出することができる電子線装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electron beam apparatus which can detect the defect immediately after forming a plating layer in a sample. ウェハの断面の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of cross section of a wafer. ウェハの断面の位置に対応する二次電子信号波形を示す図である。It is a figure which shows the secondary electron signal waveform corresponding to the position of the cross section of a wafer. 電子ビームをウェハ面に対して角度を持たせて入射させるようにした実施形態を示し、ウェハの断面の一部を示す図である。FIG. 3 is a view showing a part of a cross section of a wafer, showing an embodiment in which an electron beam is incident on the wafer surface at an angle. 電子ビームをウェハ面に対して角度を持たせて入射させるようにした実施形態を示し、ウェハの断面の位置に対応する二次電子信号波形を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an embodiment in which an electron beam is incident on the wafer surface at an angle, and is a diagram showing a secondary electron signal waveform corresponding to the position of a cross section of the wafer. CMP装置で研磨されたウェハ等の試料表面の欠陥を検査する電子線装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electron beam apparatus which test | inspects the defect of sample surfaces, such as a wafer ground with the CMP apparatus. デバイス製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a device manufacturing process. リソグラフィー工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a lithography process.

符号の説明Explanation of symbols

1、1’:電子線装置 10、10’:光学系
11:電子銃 12、12’:偏向器
13、13’:偏向器 14、14’:レンズ
16、16’:偏向器 17,17’:偏向器
18,18’:対物レンズ 31,31’:検出器
40、40’:試料台 41,41’:静電チャック
42:マグネスケール 46:押し棒
51:ロード・アンロードチャンバ
54:アクチュエータ55、57:レーザスケール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 ': Electron beam apparatus 10, 10': Optical system 11: Electron gun 12, 12 ': Deflector 13, 13': Deflector 14, 14 ': Lens 16, 16': Deflector 17, 17 ' : Deflector 18, 18 ': Objective lens 31, 31': Detector 40, 40 ': Sample stage 41, 41': Electrostatic chuck 42: Magnescale 46: Push rod 51: Load / unload chamber 54: Actuator 55, 57: Laser scale

Claims (3)

溝部を設けたSiO層上に銅メッキ層が形成された試料の欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
電子銃から放出された電子線を細く絞り、
試料のSiO層を通過させ、前記SiO層の溝部の底部の銅メッキ層に電子線を入射させて走査し、
前記走査点から放出された二次電子を検出して試料の欠陥を検出することを特徴とする、欠陥検出方法。
A defect detection method for detecting defects in a sample in which a copper plating layer is formed on a SiO 2 layer provided with a groove,
The electron beam emitted from the electron gun is narrowed down,
Pass through the SiO 2 layer of the sample, scan by making an electron beam incident on the copper plating layer at the bottom of the groove of the SiO 2 layer,
A defect detection method comprising: detecting a secondary electron emitted from the scanning point to detect a defect of a sample.
偏向器によって前記電子線を偏向させることにより前記走査を行うことを特徴とする、請求項1に記載の欠陥検出方法。 The defect detection method according to claim 1, wherein the scanning is performed by deflecting the electron beam by a deflector. 前記偏向器による走査のクロック周波数は100MHz以上であることを特徴とする、請求項2に記載の欠陥検出方法。 The defect detection method according to claim 2, wherein a scanning clock frequency by the deflector is 100 MHz or more.
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